Головной мозг состоит из двух отделов: протоцеребрума, иннервирующего глаза, и тритоцеребрума, иннервирующего хелицеры. Брюшная нервная цепочка иннервирует остальные конечности головогруди и брюшко. У паукообразных наблюдается тенденция к слиянию ганглиев брюшной нервной цепочки (олигомеризация). У наиболее расчлененных форм, как у скорпионов, имеются один слитный головогрудной ганглий и семь ганглиев в брюшном отделе. У сольпуг, кроме головогрудного ганглия, имеется лишь один брюшной узел; у пауков сохраняется только головогрудной ганглий, а у клещей и сенокосцев выражено только окологлоточное кольцо.
Органы чувств: от 2 до 12 простых глаз, органы химического чувства и сложно устроенные органы обоняния. Особенно хорошо развиты осязательные волоски, расположенные по всей поверхности тела и сконцентрированные на педипальпах. Глаза не дают четкого изображения, но хорошо реагируют на движущиеся предметы.